鐵角蕨科

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鐵角蕨科是真蕨綱水龍骨目中的一科,許多植物,例如:山蘇花,都屬於這科。它很晚出現,大概在幾千萬年前,因此它的孢子囊大多有環帶細胞(約19個)及唇細胞(約3個)和長柄,為較進化的薄囊蕨類。 而它們孢子是這樣彈射的:

整個故事情節大約是這樣的:在一個乾燥的日子裡,孢子囊外圍的一圈環帶細胞們(如下圖)因蒸發而失去水分,就在水不斷向細胞壁退卻的時候產生了更多水的表面(就像氣孔發生蒸散時的狀態,下下圖),於是在環帶細胞的細胞壁內累積了許多張力,這股力量迫使環帶發生變形,最終造成孢子囊在環帶對面產生一個開口,隨著張力的增加孢子囊便逐漸伸展開來。由於輻射細胞壁厚,因此在張力的作用下較不會變形,反之橫向細胞壁較薄易受力擠壓而變形。細胞壁內水的張力便逐漸蓄積在這些受到擠壓的細胞壁內,一觸即發。

在水份張力累積到一個臨界值時,怪事發生了,有一半以上的環帶細胞內竟然產生氣泡!這些突然出現的氣泡瞬間讓環帶細胞壓力大增;加上剛剛因為張力而被壓縮的細胞壁的力量,一股腦地全釋放了開來,於是原本已經伸直了的孢子囊非常快速地回彈,孢子便彈飛了出去。 大家應該聽過潛水伕病吧,若潛水伕在上浮的過程中速度太快,也就是壓力下降太快,這會讓原本溶在血液中的氣體變成氣泡;還有大家可能也知道的是,颱風天或是在高山上煮開水,往往還不到一百度水就沸騰了,原因也是壓力下降造成的。當壓力下降時液體比較容易汽化。前述在環帶細胞內竟然會產生氣泡,應該是這樣造成的,因為細胞壁內水的張力呈現負壓狀態。不過科學家用了一個我沒聽過的詞彙來解釋:cavitation,中文也很怪「空蝕效應」,有興趣的人自己去查。